JP5320253B2 - Fiber Fabry-Perot etalon and manufacturing method thereof, external cavity semiconductor laser, Raman amplifier - Google Patents
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Description
本発明は、ファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器に関し、特に発振波長を安定化させる構造を有するファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器に関する。 The present invention relates to a fiber Fabry-Perot etalon and a manufacturing method thereof, an external cavity semiconductor laser, and a Raman amplifier, and more particularly to a fiber Fabry-Perot etalon having a structure for stabilizing an oscillation wavelength and a manufacturing method thereof, an external cavity semiconductor laser, The present invention relates to a Raman amplifier.
近年、インターネット上で提供されるサービスの多様化に伴い、光ファイバ通信の通信容量の一層の拡大が必要となっている。 In recent years, with the diversification of services provided on the Internet, it is necessary to further increase the communication capacity of optical fiber communication.
光ファイバ通信の長距離化および大容量化に大きな役割を果たしているのが光ファイバ増幅器であり、エルビウム添加ファイバ増幅器(Erbium Doped Fiber Amplifier、以下、EDFAと記す)の実用化によって長距離光ファイバ通信技術が大きく前進した。 Optical fiber amplifiers play a major role in increasing the distance and capacity of optical fiber communications. Long-distance optical fiber communications have been achieved by the practical application of erbium-doped fiber amplifiers (hereinafter referred to as EDFAs). Technology has made great progress.
さらに、EDFAの増幅帯域が1.55μm付近である程度の広がりを持っていたため、波長の異なる信号光を1本の光ファイバに同時に通すことで通信容量を飛躍的に拡大する波長分割多重(Wavelength Division Multiplexing、以下、WDMと記す)通信技術が注目され、急激に発展した。 Furthermore, since the amplification band of EDFA had a certain extent in the vicinity of 1.55 μm, wavelength division multiplexing (Wavelength Division) that dramatically increases the communication capacity by simultaneously passing signal light of different wavelengths through one optical fiber. Multiplexing (hereinafter referred to as WDM) communication technology has attracted attention and has developed rapidly.
しかしながら、EDFAの増幅帯域は光ファイバの低損失帯域よりも狭いため、最近では、EDFAの増幅帯域よりもさらに広い波長帯域の信号光を増幅できるラマン増幅器がEDFAとともに併用されている。 However, since the amplification band of the EDFA is narrower than the low loss band of the optical fiber, recently, a Raman amplifier capable of amplifying signal light in a wider wavelength band than the amplification band of the EDFA has been used together with the EDFA.
ラマン増幅器は、励起光を出射する増幅用光源と、該増幅用光源から出射された励起光が入射される増幅用光ファイバと、を備えており、励起光の波長を変化させることによって任意の波長帯の信号光を増幅することが可能な光増幅器である。 The Raman amplifier includes an amplification light source that emits excitation light, and an amplification optical fiber into which the excitation light emitted from the amplification light source is incident, and can change any wavelength by changing the wavelength of the excitation light. This is an optical amplifier capable of amplifying signal light in the wavelength band.
励起光が増幅用光ファイバに入射されると、増幅用光ファイバにおいて誘導ラマン散乱が生じ、励起光の中心波長(以下、励起光波長と記す)から100nm程度長波長側に利得が生じる。このとき、信号光が増幅用光ファイバに入射されると、上述の増幅用光ファイバ中に生じた利得によって励起光波長から100nm程度長い波長の信号光が増幅される。従って、ラマン増幅器は、励起光波長が変動すると、増幅用光ファイバにおいて増幅される信号光の利得も変動するため、増幅すべき波長を適切に増幅できなくなってしまう。 When the excitation light is incident on the amplification optical fiber, stimulated Raman scattering occurs in the amplification optical fiber, and a gain is generated about 100 nm long from the center wavelength of the excitation light (hereinafter referred to as the excitation light wavelength). At this time, when the signal light is incident on the amplification optical fiber, the signal light having a wavelength longer by about 100 nm than the pumping light wavelength is amplified by the gain generated in the amplification optical fiber. Therefore, when the pumping light wavelength fluctuates, the Raman amplifier also fluctuates the gain of the signal light amplified in the amplification optical fiber, so that the wavelength to be amplified cannot be appropriately amplified.
従って、信号光の増幅率を安定させるためには、励起光波長が正確に制御される必要がある。このため、FBG(Fiber Bragg Grating)を用いた外部共振器型半導体レーザ(External Cavity Laser Diode、以下、ECLDと記す)が増幅用光源として実用化された。 Therefore, in order to stabilize the amplification factor of the signal light, the pumping light wavelength needs to be accurately controlled. For this reason, an external cavity semiconductor laser (External Cavity Laser Diode, hereinafter referred to as ECLD) using FBG (Fiber Bragg Grating) has been put into practical use as an amplification light source.
このようなECLDとして、従来、ゲインチップの前方端面から出射される光を、FBGが形成された光ファイバに入射させ、FBGにより反射された光をゲインチップに帰還させ、ゲインチップの後方端面によりこの光を反射させて再びFBGに入射させることを繰り返すことによって、特定波長でレーザ発振させるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As such ECLD, conventionally, light emitted from the front end face of the gain chip is made incident on the optical fiber on which the FBG is formed, and the light reflected by the FBG is fed back to the gain chip, and the back end face of the gain chip is used. There is known a laser that oscillates at a specific wavelength by repeatedly reflecting this light and making it enter the FBG again (see, for example, Patent Document 1).
この特許文献1に記載のECLDにおいては、FBGは、ゲルマニウムがドープされたコア部を有する光ファイバの一部に紫外レーザ光を照射させることにより、光ファイバの所定長さの範囲のコア部の屈折率を長手方向に周期的に変化させてなるものである。このFBGが形成された光ファイバに入射された光のうち、特定波長(λ=2nΛ)(nはファイバコアの実効屈折率、Λはグレーティング周期)の光のみがFBGで反射される。
In the ECLD described in
さらに、ラマン増幅器の利得特性の広帯域化および平坦化を実現するためには、増幅すべき波長帯域に応じた複数の中心波長を有する励起光が増幅用光ファイバに入射される必要がある。このため従来は、複数の励起光波長それぞれに対応するFBGが光ファイバに形成されていた(例えば、特許文献2参照)。 Furthermore, in order to realize a broadband and flattening of the gain characteristics of the Raman amplifier, it is necessary that pumping light having a plurality of center wavelengths corresponding to the wavelength band to be amplified be incident on the amplification optical fiber. For this reason, conventionally, an FBG corresponding to each of a plurality of pumping light wavelengths has been formed in an optical fiber (see, for example, Patent Document 2).
図12は、特許文献2に開示されたような従来のラマン増幅器の構成の模式図である。従来のラマン増幅器は、例えば中心波長λ1、λ2の励起光を出射する半導体レーザ100A、100B、100C、100Dと、FBG101A、101B、101C、101Dと、偏波合成カプラ102、103と、WDMカプラ104、105と、増幅用光ファイバ106と、を備えている。
FIG. 12 is a schematic diagram of a configuration of a conventional Raman amplifier as disclosed in
半導体レーザ100A〜100Dで発生される励起光は、その中心波長λ1、λ2毎に偏波合成カプラ102、103で偏波合成され、各偏波合成カプラ102、103の出力光がWDMカプラ104で合波され、WDMカプラ105を介して増幅用光ファイバ106に入射される。半導体レーザ100A〜100Dから各偏波合成カプラ102、103の間は偏波保持ファイバ107で接続され、偏波面が異なる2つの励起光が各偏波合成カプラ102、103で合成されるようになっている。
The pumping light generated by the
このように偏波合成することにより、ラマン増幅器の利得の偏波依存性を解消することができるとともに、励起光の高出力化を実現できる。 By combining the polarization in this way, the polarization dependency of the gain of the Raman amplifier can be eliminated, and the output of the pumping light can be increased.
しかしながら、特許文献1、2に示されたFBGを用いたECLDにおいては、上述のように増幅すべき波長帯域に対応する複数のFBGが光ファイバに形成されなければならないため、作製に対する時間およびコストがかかるという問題があった。
However, in the ECLD using FBGs disclosed in
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、安価でかつ簡単な構造を有し、所望の発振波長のレーザ光を選択的に反射することが可能なファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problems, and has a fiber Fabry-Perot etalon having an inexpensive and simple structure and capable of selectively reflecting laser light having a desired oscillation wavelength, and its An object is to provide a manufacturing method, an external cavity semiconductor laser, and a Raman amplifier.
本発明のファイバファブリペローエタロンは、コア部およびクラッド部を有する2本の光ファイバが、それぞれの前記クラッド部同士で融着により接合されてなる一体の光ファイバを備え、前記一体の光ファイバの内部に、光軸方向に所定間隔の間隙を設けて対向する端面が形成されており、少なくとも一方の端面が凹状の端面である構成を有している。 The fiber Fabry-Perot etalon of the present invention includes an integrated optical fiber in which two optical fibers each having a core portion and a cladding portion are joined to each other by fusion bonding . Opposite end faces are formed in the optical axis direction with a predetermined gap therebetween, and at least one end face is a concave end face.
この構成により、間隙の間隔を調整することにより所望の中心波長のレーザ光を選択的に反射することが可能であるため、安価でかつ簡単な構造を有するエタロンを実現できる。 With this configuration, it is possible to selectively reflect a laser beam having a desired center wavelength by adjusting the gap interval, so that an etalon having an inexpensive and simple structure can be realized.
また、本発明のファイバファブリペローエタロンは、コア部およびクラッド部を有する2本の光ファイバが、それぞれの前記クラッド部同士で接着剤により接合されてなる一体の光ファイバを備え、前記一体の光ファイバの内部に、光軸方向に所定間隔の間隙を設けて対向する端面が形成されており、少なくとも一方の端面が凹状の端面である構成を有していてもよい。
また、本発明のファイバファブリペローエタロンは、前記2本の光ファイバが、シングルモードファイバまたは偏波保持ファイバである構成を有していてもよい。
The fiber Fabry-Perot etalon of the present invention includes an integrated optical fiber in which two optical fibers each having a core portion and a cladding portion are joined to each other by an adhesive agent, and the integrated optical fiber is provided. End faces that are opposed to each other with a predetermined gap in the direction of the optical axis are formed inside the fiber, and at least one end face may be a concave end face.
The fiber Fabry-Perot etalon of the present invention may have a configuration in which the two optical fibers are single mode fibers or polarization maintaining fibers.
本発明のファイバファブリペローエタロンの製造方法は、コア部およびクラッド部を有する2本の光ファイバのうち、少なくとも一方の光ファイバの端部をフッ化水素酸(HF)を含むエッチング溶液に浸してエッチングすることにより、該端部に凹状の端面を形成するエッチング段階と、少なくとも一方が前記凹状の端面である前記2本の光ファイバの端面同士を対向させて、前記2本の光ファイバの前記クラッド部同士を融着により接合する光ファイバ接合段階と、を含み、光軸方向に所定間隔の間隙を内部に有する一体の光ファイバを製造する構成を有している。 In the manufacturing method of the fiber Fabry-Perot etalon of the present invention, at least one of the two optical fibers having a core portion and a cladding portion is immersed in an etching solution containing hydrofluoric acid (HF). Etching is performed to form a concave end face at the end, and the end faces of the two optical fibers, at least one of which is the concave end face, are opposed to each other, and the two optical fibers are An optical fiber joining step for joining the clad portions together by fusion, and has a configuration for manufacturing an integrated optical fiber having a gap at a predetermined interval in the optical axis direction.
この構成により、間隙の間隔を調整することにより所望の中心波長のレーザ光を選択的に反射することが可能であり、安価でかつ簡単な構造を有するエタロンを実現できる。 With this configuration, it is possible to selectively reflect a laser beam having a desired center wavelength by adjusting the gap interval, and an etalon having an inexpensive and simple structure can be realized.
また、本発明のファイバファブリペローエタロンの製造方法は、コア部およびクラッド部を有する2本の光ファイバのうち、少なくとも一方の光ファイバの端部をフッ化水素酸(HF)を含むエッチング溶液に浸してエッチングすることにより、該端部に凹状の端面を形成するエッチング段階と、少なくとも一方が前記凹状の端面である前記2本の光ファイバの端面同士を対向させて、前記2本の光ファイバの前記クラッド部同士を接着剤により接合する光ファイバ接合段階と、を含み、光軸方向に所定間隔の間隙を内部に有する一体の光ファイバを製造する構成を有していてもよい。 In addition, in the method for producing a fiber Fabry-Perot etalon according to the present invention , at least one of the two optical fibers having a core part and a cladding part is formed with an etching solution containing hydrofluoric acid (HF). Etching to form a concave end surface at the end by dipping and etching, and the two optical fibers at least one of which is the concave end surface facing each other, the two optical fibers And an optical fiber joining step for joining the clad portions together with an adhesive, and may have a configuration for manufacturing an integrated optical fiber having a gap at a predetermined interval in the optical axis direction.
本発明の外部共振器型半導体レーザは、劈開によって形成された後方端面および出射端面と、該後方端面から該出射端面にかけて設けられ、駆動電流が供給されることによって光を発生させる活性層とを有し、該活性層において発生された光を該出射端面から出射するゲインチップと、前記出射端面から出射された光が前記一体の光ファイバの一方の端面から入射される上記のファイバファブリペローエタロンと、を備え、前記後方端面と前記ファイバファブリペローエタロンとの間で光共振器が構成される。 An external cavity semiconductor laser of the present invention includes a rear end face and an emission end face formed by cleavage, and an active layer provided from the rear end face to the emission end face and generating light when supplied with a drive current. A gain chip for emitting the light generated in the active layer from the emission end face; and the fiber Fabry-Perot etalon in which the light emitted from the emission end face is incident from one end face of the integral optical fiber. And an optical resonator is configured between the rear end face and the fiber Fabry-Perot etalon.
この構成により、所望の中心波長のレーザ光を出射できるとともに、より安価でかつ簡単な構造を有する外部共振器型半導体レーザを実現できる。 With this configuration, it is possible to realize an external resonator type semiconductor laser that can emit laser light having a desired center wavelength and has a simpler structure at a lower cost.
また、本発明の外部共振器型半導体レーザは、前記ゲインチップの前記出射端面に反射防止膜が設けられている構成を有していてもよい。 The external cavity semiconductor laser of the present invention may have a configuration in which an antireflection film is provided on the emission end face of the gain chip.
本発明のラマン増幅器は、上記の外部共振器型半導体レーザと、前記外部共振器型半導体レーザの前記一体の光ファイバの他方の端面から出射されたレーザ光が励起光として入射され、誘導ラマン増幅を生じさせる増幅用光ファイバと、を備えた構成を有している。
この構成により、ラマン増幅の利得特性の安定化、広帯域化および平坦化を実現できる。
The Raman amplifier according to the present invention includes the above-described external resonator type semiconductor laser and laser light emitted from the other end face of the integrated optical fiber of the external resonator type semiconductor laser as excitation light, and stimulates Raman amplification. And an amplifying optical fiber that produces the above.
With this configuration, it is possible to stabilize the gain characteristic of the Raman amplification, broaden the band, and flatten it.
本発明は、安価でかつ簡単な構造を有し、所望の発振波長のレーザ光を選択的に反射することが可能なファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器を提供するものである。 The present invention relates to a fiber Fabry-Perot etalon having an inexpensive and simple structure and capable of selectively reflecting laser light having a desired oscillation wavelength, a manufacturing method thereof, an external resonator type semiconductor laser, and a Raman amplifier. It is to provide.
以下、本発明に係るファイバファブリペローエタロンとその製造方法、外部共振器型半導体レーザ、ラマン増幅器の実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of a fiber Fabry-Perot etalon and a manufacturing method thereof, an external cavity semiconductor laser, and a Raman amplifier according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明に係るファイバファブリペローエタロンの第1の実施形態を図1〜図8を用いて説明する。図1はファイバファブリペローエタロン(以下、ファイバエタロンと記す)1の光軸を含む断面図である。
(First embodiment)
A fiber Fabry-Perot etalon according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view including an optical axis of a fiber Fabry-Perot etalon (hereinafter referred to as a fiber etalon) 1.
ファイバエタロン1は、図1(a)に示すように、コア部21およびクラッド部22を有する一体の光ファイバ2を備えている。クラッド部22の外周は被覆23によって覆われている。一体の光ファイバ2は、光軸方向に沿って光ファイバ部2a、2bと、中空部2cと、を有する。
As shown in FIG. 1A, the
なお、一体の光ファイバ2は、後述するように、コア部31、41およびクラッド部32、42をそれぞれ有する2本の光ファイバ3、4が連結されることによって形成されている(図7参照)。光ファイバ部2a、2bを構成する2本の光ファイバ3、4は、シングルモードファイバ(偏波を保持しないもの)またはパンダファイバ等の偏波保持ファイバからなっている。
The integrated
中空部2cの内部には、光軸方向に所定間隔Δ(以下、単に間隔Δと記す)の間隙24を設けて対向する端面24a、24bが形成されている。端面24a、24bのうち少なくとも一方は凹状の端面である。なお、図1(a)は、端面24a、24bの両方が凹状の端面である例を示しており、一方、図1(b)は、端面24aが光軸に対して垂直な平面であり、端面24bのみが凹状の端面である例を示している。
Inside the
一般にエタロンは、様々な波長を含む光のうちの特定波長の光のみを通過(透過)させるフィルタ(光周波数フィルタ)として用いられるが、本発明のファイバエタロン1は光周波数フィルタとしてではなく、特定波長の光を反射する光反射器として用いられる。
In general, an etalon is used as a filter (optical frequency filter) that passes (transmits) only light of a specific wavelength out of light including various wavelengths. However, the
本実施形態のファイバエタロン1に、中心波長λの光が光軸に対して角度θで入射したときの光の透過率T(λ)は近似的に次式によって表される。
[数1]において、A1、A2は2つの部分透過ミラーとしての端面24a、24bそれぞれの光吸収率を、R1、R2は端面24a、24bそれぞれの反射率を表す。さらに、[数1]におけるδは、次式によって表される。
[数2]において、nは間隙24に含まれる媒質に基づく屈折率を表す。θは、上述のようにファイバエタロン1への光の入射角度である。
In [Expression 2], n represents a refractive index based on a medium included in the
また、ファイバエタロン1の反射率R(λ)は、上述した透過率T(λ)を用いて次式のように表される。
[数1]におけるR1、R2は、ファイバエタロン1の場合、R1=R2=Rであり、端面24a、24bにおける光吸収率についてはA1=A2=0である。さらに、[数2]における屈折率nは間隙24がエアギャップであるとしてn=1とし、光の入射角度θは0度とする。このようにして、[数1]〜[数3]に基づいて、ファイバエタロン1の透過率T(λ)および反射率R(λ)はそれぞれ[数4]、[数5]のように表される。
図2は、ファイバエタロン1の上記反射率R(λ)に基づく反射特性を、横軸をファイバエタロン1への入射光の波長(nm)、縦軸を反射率(%)とするグラフ上に示すものである。図2においては、R=3.4%、Δ=20μmとした場合の反射特性を示している。この場合においては、入射光の中心波長λが約1403nmまたは約1455nmのときに、ファイバエタロン1の反射率が最も高くなることが分かる。
FIG. 2 is a graph showing the reflection characteristics of the
さらに、[数5]から分かるように、間隔Δを変化させることによってファイバエタロン1の反射特性は変化する。所望の中心波長λに対するファイバエタロン1の反射率R(λ)を最大にするには(即ち、透過率T(λ)を最小にするには)、[数5]において(2πΔ/λ)を(π/2)の整数倍とすればよく、このときの中心波長λcと間隔Δの関係は次式で与えられる。
図3は、透過率T(λ)が最小となる場合の中心波長λcと間隔Δとの関係を示すグラフである。各実線は異なるmの値に対応している。このグラフから所望の中心波長λcを実現するための間隔Δを得ることができる。図中の破線は中心波長λcが1.46μmである場合を示すものであり、透過率T(λc)が最小となる間隔Δが離散的に複数点存在することが分かる。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the center wavelength λ c and the interval Δ when the transmittance T (λ) is minimized. Each solid line corresponds to a different value of m. From this graph, the interval Δ for realizing the desired center wavelength λ c can be obtained. The broken line in the figure indicates the case where the center wavelength λ c is 1.46 μm, and it can be seen that there are a plurality of discrete intervals Δ at which the transmittance T (λ c ) is minimum.
また、間隔Δを変化させることによって、ファイバエタロン1の反射特性のサイドモード間隔(FSR)および半値幅も変化する。図4は、間隔Δに対する反射特性のFSRおよび半値幅を示すグラフである。
Further, by changing the interval Δ, the side mode interval (FSR) and the half-value width of the reflection characteristic of the
このグラフから、間隔Δが広くなるとFSRおよび半値幅が狭くなることが分かる。しかしながら、例えば、ファイバエタロン1と、ファイバエタロン1の光ファイバ部2aまたは光ファイバ部2bに向かって光を出射するゲインチップとの間で光共振器を形成する場合に上記のFSRおよび半値幅が狭すぎると、複数の発振波長(中心波長)のレーザ発振が起こりやすくなる。即ち、単一の中心波長を持つレーザ光を得るためのファイバエタロン1の間隔Δの値には制限(上限)がある。
From this graph, it can be seen that the FSR and the full width at half maximum become narrower as the interval Δ becomes wider. However, for example, when an optical resonator is formed between the
従って、ファイバエタロン1において、[数6]から得られる所望の中心波長λcを実現する間隔Δのうち、上記の上限以下の間隔Δを採用することにより、単一の中心波長λcのレーザ光を選択的に反射することができる。
Therefore, in the
なお、上述した実施例では、ファイバエタロン1の端面24a、24bに特段のコーティングが施されていないが、端面24a、24bに、反射膜または反射防止膜のコーティングが形成されていてもよい。このコーティングにより、反射率および半値幅の制御を行うこともできる。
In the above-described embodiment, the end faces 24a and 24b of the
以下、本発明に係るファイバエタロン1の製造方法の一例を図5〜図8を用いて説明する。
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the
本発明に係るファイバエタロンの製造方法は、コア部31、41およびクラッド部32、42をそれぞれ有する2本の光ファイバ3、4のうち、少なくとも一方の光ファイバの端部をフッ化水素酸(HF)を含むエッチング溶液に浸してエッチングすることにより、該端部に凹状の端面を形成するエッチング段階(I)と、少なくとも一方が凹状の端面である2本の光ファイバ3、4の端面同士を対向させて、2本の光ファイバ3、4のクラッド部32、42同士を接合する光ファイバ接合段階(II)と、を含む。
In the fiber etalon manufacturing method according to the present invention, at least one of the two
なお、以下では、エッチング段階(I)において2本の光ファイバ3、4の両方をエッチングする場合を例にとって説明する。
In the following, a case where both of the two
エッチング段階(I)においては、まず、シングルモードファイバまたは偏波保持ファイバである2本の光ファイバ3、4を用意する。光ファイバ3、4のコア部31、41およびクラッド部32、42の端面は光軸に対して垂直に切り出されている。
In the etching stage (I), first, two
そして、エッチング溶液に2本の光ファイバ3、4の端部を浸してエッチングを行う。エッチング溶液としては、例えば市販のフッ化水素酸(HF)(50重量%)と純水との混合液(以下、HF混合液と記す)を用意する。HF混合液は、コア部31、41に対するエッチング速度がクラッド部32、42に対するエッチング速度よりも大きいため、光ファイバ3、4の端部に凹状の端面を形成することができる。
Then, etching is performed by immersing the ends of the two
また、HF混合液中のフッ化水素酸(HF)の割合が低いほどエッチング速度は遅くなるため、フッ化水素酸(HF)と純水との体積比を調整することにより、所望のエッチング速度を実現することができる。 Also, the lower the ratio of hydrofluoric acid (HF) in the HF mixture, the slower the etching rate. Therefore, by adjusting the volume ratio of hydrofluoric acid (HF) and pure water, the desired etching rate is achieved. Can be realized.
なお、エッチング溶液として、フッ化水素酸(HF)(50重量%)とフッ化アンモニウム(NH4F)溶液(40重量%)との混合液であるバッファードフッ酸を用いてもよい。しかしながら、バッファードフッ酸中のフッ化アンモニウム(NH4F)溶液のフッ化水素酸(HF)に対する体積比が所定値を超えると、コア部31、41に対するエッチング速度がクラッド部32、42に対するエッチング速度よりも小さくなってしまい、光ファイバ3、4の端部に凸状の端面が形成されてしまうため注意が必要である。
Note that buffered hydrofluoric acid which is a mixed solution of hydrofluoric acid (HF) (50 wt%) and ammonium fluoride (NH 4 F) solution (40 wt%) may be used as the etching solution. However, when the volume ratio of the ammonium fluoride (NH 4 F) solution in buffered hydrofluoric acid to hydrofluoric acid (HF) exceeds a predetermined value, the etching rate for the
図5はエッチング前(a)とエッチング後(b)の光ファイバ3、4の端部を模式的に示す光軸に沿った断面図である。図5に示すように、エッチングの際には、光ファイバ3、4のコア部31、41だけでなく、クラッド部32、42もエッチングされる。このため、エッチングの深さは、エッチングにより形成されたクラッド端面32a、42aとコア端面31a、41aの光軸方向の最大距離(以下、コアエッチング深さtと記す)として定義される。
FIG. 5 is a cross-sectional view along the optical axis schematically showing the ends of the
例えばエッチング溶液として、フッ化水素酸(HF)と純水との体積比が1:1であるHF混合液を用いた場合には、エッチング時間に対するコアエッチング深さtは図6のグラフに示すように増加する。 For example, when an HF mixed solution having a volume ratio of hydrofluoric acid (HF) and pure water of 1: 1 is used as the etching solution, the core etching depth t with respect to the etching time is shown in the graph of FIG. So as to increase.
光ファイバ接合段階(II)においては、エッチング段階(I)においてエッチングされた2本の光ファイバ3、4の光軸を合わせた後、放電によりクラッド部32、42同士を融着し、ファイバエタロン1を完成する。図7に融着前(a)と融着後(b)の光ファイバ3、4の光軸に沿った断面図を示す。
In the optical fiber bonding stage (II), the optical axes of the two
この融着により、コア部31、41およびクラッド部32、42が一部融解されるため、図7に示すように、最終的に得られる間隔Δは2本の光ファイバ3、4のコアエッチング深さtの和2tよりも大きくなる。
Since the
図8は、コアエッチング深さtに対して融着時にコア端面間の距離が広がる程度αを示すグラフである。図8において、実線は2本の光ファイバ3、4の端部がいずれもエッチングされてそれぞれコアエッチング深さtを有する場合を示しており、破線は参考例として2本の光ファイバ3、4のうちの一方の端部のみがエッチングされてコアエッチング深さtを有する場合を示している。
FIG. 8 is a graph showing the degree α of the distance between the core end faces that increases at the time of fusion with respect to the core etching depth t. In FIG. 8, the solid line indicates a case where both ends of the two
即ち、2本の光ファイバ3、4の端部がいずれもエッチングされた場合の間隔Δは、次式に示すようにコアエッチング深さtの関数として表される。
つまり、[数7]および図6に示されたようなエッチング時間とコアエッチング深さとの関係から、所望の間隔Δを得るためのコアエッチング深さtおよびエッチング時間を決定することができる。 That is, the core etching depth t and the etching time for obtaining the desired interval Δ can be determined from the relationship between the etching time and the core etching depth as shown in [Equation 7] and FIG.
なお、光ファイバ接合段階(II)において、融着を真空容器中で行うと、放電時の間隙24内における空気等の気体の膨張が抑制され、融着後の端面24a、24bの状態がより良好となるため好ましい。
In the optical fiber bonding stage (II), if fusion is performed in a vacuum vessel, expansion of gas such as air in the
また、光ファイバ接合段階(II)において、融着を行わずに、透光性の接着剤を用いて2本の光ファイバ3、4のクラッド部32、42同士を接着してもよい。この場合には間隔Δ(t)はほぼ2本の光ファイバ3、4のコアエッチング深さtの和2tに等しくなる。
Further, in the optical fiber bonding step (II), the
なお、上述したエッチング段階(I)と光ファイバ接合段階(II)では、光ファイバ3、4の端部の被覆23を外した状態でエッチングおよび接合を行う。両段階の完了後、剥き出しとなっているクラッド部32、42にUVコートを施すことで、図1に示すような全面に被覆23が形成された態様となる。もちろん、UVコートを施さず、クラッド部32、42を剥き出しのままとしてもよいが、その箇所の強度はUVコートを施した場合と比較して若干弱くなる。
In the above-described etching step (I) and optical fiber bonding step (II), etching and bonding are performed with the
以上説明したように、本実施形態のファイバエタロンは、間隙の間隔を調整することにより、所望の中心波長のレーザ光を選択的に反射することが可能である。また、本実施形態のファイバエタロンは、少なくとも一方が凹状の端面を有する2本の光ファイバ同士を融着あるいは接着により接合させてなる簡単な構造を有しているため、安価でかつ簡易に製造することができる。 As described above, the fiber etalon of the present embodiment can selectively reflect laser light having a desired center wavelength by adjusting the gap interval. In addition, the fiber etalon of the present embodiment has a simple structure in which at least one of the two optical fibers having a concave end face is bonded to each other by fusion or adhesion, so that it is inexpensive and easy to manufacture. can do.
(第2の実施形態)
本発明に係るファイバファブリペローエタロンを備えた外部共振器型半導体レーザの実施形態を図9を用いて説明する。図9(a)は外部共振器型半導体レーザ10の上面図、図9(b)は図9(a)のA−A線断面図である。
(Second Embodiment)
An embodiment of an external cavity semiconductor laser including a fiber Fabry-Perot etalon according to the present invention will be described with reference to FIG. 9A is a top view of the external resonator
外部共振器型半導体レーザ10は、図9に示すように、第1の実施形態のファイバエタロン1と、内部が中空である直方体状のパッケージ5と、を備える。パッケージ5の内部には、ファイバエタロン1の光ファイバ部2aの端面20aに向かって光を出射するゲインチップ11と、ゲインチップ11から出射される光を集光するレンズ12と、周囲温度を検出するサーミスタ13と、サーミスタ13によって検出された周囲温度に基づいてゲインチップ11の温度制御を行うTEC(Thermo Electrical Cooler)14と、が格納されている。
As shown in FIG. 9, the external
ここで、ファイバエタロン1の間隙24の間隔Δは、ゲインチップ11の光学利得のピークとなる波長と、[数6]に示された中心波長λcとが一致するように設定されることが好ましい。
Here, the interval Δ of the
パッケージ5は、本体部5aと、ファイバエタロン1が挿通される光ファイバ挿通パイプ5bと、蓋部材5c(図9(a)には図示せず)と、を備えている。ファイバエタロン1は、例えばフェルール、接着剤、金属封止剤、または樹脂封止剤等の固定部材15によって光ファイバ挿通パイプ5bに固定されている。ファイバエタロン1の光ファイバ部2bの端部には光出力用のコネクタ16が形成されている。
The
さらに、外部共振器型半導体レーザ10は、パッケージ5の内部に、ゲインチップ11を載置するためのサブマウント17と、レンズ12を保持するレンズホルダ18と、サーミスタ13、サブマウント17、およびレンズホルダ18を固定する基板19と、を備えている。基板19は、パッケージ5の内部の底面に固定された上述のTEC14上に固定されている。基板19は、例えば、銅タングステン(CuW)等の材料により形成されている。
Further, the external resonator
ゲインチップ11は、複数の半導体層が積層されることにより構成されており、これらの半導体層は、組成や、ドープされる不純物の種類、量が互いに異なっている。また、ゲインチップ11は、劈開によって形成された後方端面11aおよび出射端面11bと、後方端面11aから出射端面11bにかけて設けられ、駆動電流が供給されることによって光を発生させるストライプ状の活性層11cとを有し、活性層11cにおいて発生した光を出射端面11bから出射する構成を有している。
The
これにより、光を発生するゲインチップ11の後方端面11aと、光反射器として機能するファイバエタロン1とによって、光共振器が構成される。なお、ゲインチップ11の出射端面11bには反射防止膜が、後方端面11aには反射膜がそれぞれ形成されていてもよい。なお、ファイバエタロン1によって反射された光をゲインチップ11に戻す必要があるので、パッケージ5中にアイソレータは設けない。
Thus, an optical resonator is configured by the
TEC14は、吸熱側基板14aと、放熱側基板14bと、これらの基板14a、14bに挟まれた半導体素子14cにより構成されており、基板19と吸熱側基板14aとが密着されることにより、ゲインチップ11から発生した熱を吸熱し、ゲインチップ11の温度を一定に保つようになっている。
The
次に、以上のように構成された外部共振器型半導体レーザ10の動作を説明する。
ゲインチップ11に駆動電流が供給されると活性層11cにおいて光が発生する。活性層11cにおいて発生した光は、ゲインチップ11の出射端面11bから出射されてレンズ12に入射される。レンズ12において集光された光はファイバエタロン1の光ファイバ部2aに入射される。
Next, the operation of the external
When a drive current is supplied to the
ファイバエタロン1に入射された光のうち、特定の中心波長λcの光が間隙24の端面24a、24bにおいて反射され、光ファイバ部2a、レンズ12を介して再びゲインチップ11に戻り、ゲインチップ11の後方端面11aにおいて反射される。
Of the light incident on the
ゲインチップ11の後方端面11aとファイバエタロン1との間で光反射が繰り返されると、特定の中心波長λcでレーザ発振が生じる。このようにして生じたレーザ光はファイバエタロン1の光ファイバ部2bの端面を介してコネクタ16に到達する。なお、この中心波長λcのレーザ光は、複数の縦モードの波長成分を含んでいる。
When light reflection is repeated between the
第1の実施形態で述べたように、間隔Δを変化させることによってファイバエタロン1の反射特性は変化するため、ゲインチップ11の後方端面11aとファイバエタロン1との間で光反射が繰り返されることによって得られる、外部共振器型半導体レーザ10から出射されるレーザ光のスペクトル特性(発振波長)も間隔Δに応じて変化する。即ち、間隔Δを調整することによって、所望の発振波長のレーザ光を外部共振器型半導体レーザ10から出射させることができる。
As described in the first embodiment, since the reflection characteristic of the
また、既に述べたように、間隔Δが広すぎる(FSRおよび半値幅が狭すぎる)と複数の中心波長でレーザ発振が起こりやすくなる。間隔Δが20〜30μm程度であると、ゲインチップ11の温度が例えば70℃程度の高温においてTEC14による制御なしでも単一の中心波長を持つレーザ光を得られるため好ましい。
As already described, if the interval Δ is too wide (FSR and half width are too narrow), laser oscillation is likely to occur at a plurality of center wavelengths. It is preferable that the interval Δ is about 20 to 30 μm because laser light having a single center wavelength can be obtained without control by the
以上説明したように、本実施形態の外部共振器型半導体レーザは、第1の実施形態のファイバエタロンを備えるため、所望の中心波長のレーザ光を出射できる。また、本実施形態の外部共振器型半導体レーザは、簡単な構造を有しているため、安価でかつ簡易に製造することができる。 As described above, since the external resonator type semiconductor laser according to the present embodiment includes the fiber etalon according to the first embodiment, it can emit laser light having a desired center wavelength. In addition, since the external resonator type semiconductor laser of the present embodiment has a simple structure, it can be manufactured inexpensively and easily.
(第3の実施形態)
次に、本発明に関する第3の実施形態のラマン増幅器について図10、図11を用いて説明する。図10は第2の実施形態の外部共振器型半導体レーザを励起光用光源として用いたラマン増幅器50のブロック図を示している。ここでは、簡単のために、励起光波長(励起光の中心波長)として2つの波長λ1、λ2を用いた例を説明する。
(Third embodiment)
Next, a Raman amplifier according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows a block diagram of a
ラマン増幅器50は、偏波面が互いに異なる波長λ1の励起光をそれぞれ出射する2つの外部共振器型半導体レーザ10A、10Bと、偏波面が互いに異なる波長λ2の励起光をそれぞれ出射する2つの外部共振器型半導体レーザ10C、10Dと、外部共振器型半導体レーザ10A〜10Dからの出射光が励起光として入射され、誘導ラマン増幅により信号光を増幅する増幅用光ファイバ51と、を備えている。
さらに、ラマン増幅器50は、外部共振器型半導体レーザ10A、10Bからの出射光を偏波合成する偏波合成カプラ52と、外部共振器型半導体レーザ10C、10Dからの出射光を偏波合成する偏波合成カプラ53と、偏波合成カプラ52、53からの出力光を合波するWDMカプラ54と、増幅用光ファイバ51で増幅された信号光とWDMカプラ54からの出力光を合波するWDMカプラ55と、を備えている。
Further, the
外部共振器型半導体レーザ10A、10Bは、ゲインチップ11A、11Bおよび光ファイバ部が偏波保持ファイバであるファイバエタロン1A、1Bを有し、偏波面が互いに異なる中心波長λ1の励起光をコネクタ(図10においては図示せず)を介してそれぞれ出射する。
External
また、外部共振器型半導体レーザ10C、10Dは、ゲインチップ11C、11Dおよび光ファイバ部が偏波保持ファイバであるファイバエタロン1C、1Dを有し、偏波面が互いに異なる中心波長λ2の励起光をコネクタ(図10においては図示せず)を介してそれぞれ出射する。
The external
外部共振器型半導体レーザ10A〜10Dで発生された励起光は、その中心波長λ1、λ2毎に偏波合成カプラ52、53で偏波合成され、各偏波合成カプラ52、53の出力光がWDMカプラ54で合波され、WDMカプラ54および増幅用光ファイバ51と結合されたWDMカプラ55を介して増幅用光ファイバ51に入射される。
The pumping light generated by the external
なお、これらの中心波長λ1、λ2の励起光は、第2の実施形態で述べたように複数の縦モードの波長成分を含んでいる。これにより、増幅用光ファイバ51における誘導ブリルアン散乱が抑制され、信号光を長距離にわたってファイバ伝送させることが可能となる。
Note that the excitation lights having the center wavelengths λ 1 and λ 2 include a plurality of longitudinal mode wavelength components as described in the second embodiment. Thereby, the stimulated Brillouin scattering in the amplification
図11は、励起光波長λ1、λ2と利得との関係を模式的に示すグラフである。増幅用光ファイバ51に入射された励起光により、増幅用光ファイバ51において誘導ラマン散乱が生じ、図11に示すように、励起光波長λ1、λ2から100nm程度長波長側に利得gが生じる。この状態で増幅用光ファイバ51に信号光が入射されると、増幅用光ファイバ51中に生じた利得gによって信号光が増幅される。
FIG. 11 is a graph schematically showing the relationship between the pumping light wavelengths λ 1 and λ 2 and the gain. Stimulated Raman scattering occurs in the amplification
なお、本実施形態のように、複数の励起光波長λ1〜λn(λ1<...<λn)(n≧2)を用いる構成にあっては、最小の励起光波長λ1と最大の励起光波長λnとの波長差を100nm以内とすることが好ましい。これは、励起光と信号光とが重複することによる信号光の波形劣化を防止するためである。 In the configuration using a plurality of pumping light wavelengths λ 1 to λ n (λ 1 <... ≦ λ n ) (n ≧ 2) as in the present embodiment, the minimum pumping light wavelength λ 1 is used. And the maximum excitation light wavelength λ n is preferably within 100 nm. This is to prevent the waveform deterioration of the signal light due to the overlap of the excitation light and the signal light.
以上説明したように、本実施形態のラマン増幅器は、第2の実施形態の外部共振器型半導体レーザを備えるため、ラマン増幅の利得特性の安定化、広帯域化および平坦化を実現することができる。 As described above, since the Raman amplifier according to the present embodiment includes the external resonator type semiconductor laser according to the second embodiment, it is possible to stabilize the gain characteristic of the Raman amplification, to widen the band, and to flatten the Raman amplifier. .
1、1A、1B、1C、1D ファイバファブリペローエタロン(ファイバエタロン)
2 一体の光ファイバ
3、4 光ファイバ
10、10A、10B、10C、10D 外部共振器型半導体レーザ
11、11A、11B、11C、11D ゲインチップ
11a 後方端面
11b 出射端面
11c 活性層
21、31、41 コア部
22、32、42 クラッド部
24 間隙
24a、24b 端面
50 ラマン増幅器
51 増幅用光ファイバ
1, 1A, 1B, 1C, 1D Fiber Fabry-Perot etalon (fiber etalon)
2 Integrated
Claims (8)
前記一体の光ファイバの内部に、光軸方向に所定間隔の間隙(24)を設けて対向する端面(24a、24b)が形成されており、少なくとも一方の端面が凹状の端面であることを特徴とするファイバファブリペローエタロン。 An integrated optical fiber (2) in which two optical fibers (3, 4) having a core part (31, 41) and a clad part (32, 42) are joined to each other by fusion bonding. With
End faces (24a, 24b) facing each other with a gap (24) at a predetermined interval in the optical axis direction are formed inside the integrated optical fiber, and at least one of the end faces is a concave end face. A fiber Fabry-Perot etalon.
前記一体の光ファイバの内部に、光軸方向に所定間隔の間隙(24)を設けて対向する端面(24a、24b)が形成されており、少なくとも一方の端面が凹状の端面であることを特徴とするファイバファブリペローエタロン。 An integrated optical fiber (2) in which two optical fibers (3, 4) having a core part (31, 41) and a clad part (32, 42) are bonded to each other by an adhesive. With
End faces (24a, 24b) facing each other with a gap (24) at a predetermined interval in the optical axis direction are formed inside the integrated optical fiber, and at least one of the end faces is a concave end face. A fiber Fabry-Perot etalon.
少なくとも一方が前記凹状の端面である前記2本の光ファイバの端面(31a、32a、41a、42a)同士を対向させて、前記2本の光ファイバの前記クラッド部同士を融着により接合する光ファイバ接合段階と、を含み、光軸方向に所定間隔の間隙(24)を内部に有する一体の光ファイバ(2)を製造することを特徴とするファイバファブリペローエタロンの製造方法。 An etching solution containing hydrofluoric acid (HF) at the end of at least one of the two optical fibers (3, 4) having the core (31, 41) and the clad (32, 42). An etching step of forming a concave end surface at the end by immersing in and etching;
Light that joins the clad portions of the two optical fibers by fusing them with the end faces (31a, 32a, 41a, 42a) of the two optical fibers facing each other, at least one of which is the concave end face A method for manufacturing a fiber Fabry-Perot etalon , comprising: a fiber bonding step, and manufacturing an integrated optical fiber (2) having gaps (24) at predetermined intervals in the optical axis direction .
少なくとも一方が前記凹状の端面である前記2本の光ファイバの端面(31a、32a、41a、42a)同士を対向させて、前記2本の光ファイバの前記クラッド部同士を接着剤により接合する光ファイバ接合段階と、を含み、光軸方向に所定間隔の間隙(24)を内部に有する一体の光ファイバ(2)を製造することを特徴とするファイバファブリペローエタロンの製造方法。Light that joins the clad portions of the two optical fibers with an adhesive so that the end faces (31a, 32a, 41a, 42a) of the two optical fibers, at least one of which is the concave end face, face each other. A method for manufacturing a fiber Fabry-Perot etalon, comprising: a fiber bonding step, and manufacturing an integrated optical fiber (2) having gaps (24) at predetermined intervals in the optical axis direction.
前記出射端面から出射された光が前記一体の光ファイバの一方の端面(20a)から入射される請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のファイバファブリペローエタロン(1、1A、1B、1C、1D)と、を備え、
前記後方端面と前記ファイバファブリペローエタロンとの間で光共振器が構成されることを特徴とする外部共振器型半導体レーザ。 A rear end face (11a) and an emission end face (11b) formed by cleavage, and an active layer (11c) provided from the rear end face to the emission end face and generating light when supplied with a drive current. A gain chip (11, 11A, 11B, 11C, 11D) for emitting the light generated in the active layer from the emission end face;
The fiber Fabry-Perot etalon (1, 1A, 1B) according to any one of claims 1 to 3, wherein light emitted from the emission end face is incident from one end face (20a) of the integrated optical fiber. 1C, 1D)
An external resonator type semiconductor laser comprising an optical resonator formed between the rear end face and the fiber Fabry-Perot etalon .
前記外部共振器型半導体レーザの前記一体の光ファイバの他方の端面から出射されたレーザ光が励起光として入射され、誘導ラマン増幅を生じさせる増幅用光ファイバ(51)と、を備えたラマン増幅器。A Raman amplifier comprising: an amplifying optical fiber (51) in which laser light emitted from the other end face of the integrated optical fiber of the external cavity semiconductor laser is incident as pumping light and causes stimulated Raman amplification .
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